主题:【25个科学问题征文】是什么决定了物种多样性? -- 电子狼
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家园 【25个科学问题征文】是什么决定了物种多样性?

是什么决定了物种多样性?

Elizabeth Pennisi

在陆地和海洋的各个角落,充斥着无数种类的植物、动物和微生物。它们使世界循环运转,使阳光转化为可供给生命活动的能量,使碳和氮在无机界与有机界之间循环,使大地的形貌改变。

某些地区和群落存在数百个物种,而在其他一些地区,却只有寥寥几个物种。比如说,热带地区与更高纬度地区相比,就是复杂性的天堂。生物学家正在努力寻找为什么会如此。环境与生物体的互动,以及生物体之间的互动在决定是鼓励还是阻碍多样性方面是关键性的因素;但人类的干预,捕食者和被捕食者的关系,以及其他食物链上的联系等等也起了重要作用。但这些以及其他因素到底是如何塑造多样性的,很大程度上还是个未解之谜。

这是个非常困难的挑战。第一手的数据很少。举例来说,我们并不知道地球上到底有多少种植物和动物,对于微生物,研究人员甚至还无从估计其数目和种类。探讨物种多样性的演化和极限也缺少一个标准的时间尺度,因为进化的时间跨度可能是几天,也可能是几百万年。此外,同一物种之内的变异可能和相邻物种之间的差异几乎一样多。什么样的基因变异会导致新物种的诞生,以及它们对物种形成的真正影响我们还并不清楚。

理解是什么塑造了物种多样性需要跨学科的努力,需要考古论证,实地考察,人工实验,基因比对,以及有效的数据分析。通过建立详细的目录,可以丰富第一手的数据,譬如联合国的新千年计划,和环球海洋微生物基因库等等,但这仅仅是开始。我们需要建立一个能预测物种何时分裂的模型。有一门新学科:进化发生生物学(evo-devo,or evolutionary developmental biology)正在研究基因在进化过程中扮演的角色。要弄清生命的发展史,道路还很漫长,这些工作仅仅是开始。

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CREDITS (LEFT TO RIGHT): STEPHEN FRINK/CORBIS IMAGES; KEN LUCAS/VISUALS UNLIMITED; HANS PFLETSCHINGER/PETER ARNOLD

古生物学家在追踪以千年为单位的各种生物体的扩张和收缩过程中已经取得了一些进展。他们发现地理分布在物种形成方面扮演了关键性角色。未来的研究将会揭示物种分布的宏观模式,也许会着力探讨大灭绝的起源,以及大灾难在产生新物种时所起的作用。

从对植物和动物的实地考察,研究人员发现生活环境可以影响生物的形态和行为--特别是择偶方面--从而导致物种分化的加快或减慢。进化论生物学家同时发现:当分散的群落重新聚集在一起,物种分化可能停顿,原本开始分化的基因也会重新均质化在一起。分子层次的因素,比如低突变率或减数分裂的作用,从而导致某些等位基因传递到下一代的几率增大---也影响了物种分化的速率。

在某些情况下,同一生态系统里物种多样性也有所不同:生存在生态系统边缘的物种,分化数目上要比生态系统内部少。

进化论生物学家刚刚开始探讨这些因素如何以不同的形式交织在一起,并作用于不同的生物群落。这个任务非常紧急:了解是什么决定了生物多样性,对理解正在这个世界发生的物种灭绝潮,以及采取什么手段加以缓解,有十分重要的意义。

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